Структурные и фазовые превращения в (?+?) — титановых сплавах переходного класса при термическом и деформационном воздействии

Высокопрочные (а+р)-титановые сплавы переходного класса, к основным представителям которого относятся сплавы ВТ22, У8Т5553 и Ть10У-2Ре-ЗА1, являются перспективными для применения в силовых тяжелонагруженных конструкциях авиакосмической техники в деталях шасси, фюзеляжа, крыла самолета, крепежных деталях типа силовых болтов за счет высокой удельной прочности, вязкости, коррозионной стойкости, прокаливаемости и высокой надежности при эксплуатации.

Как известно, одним из главных критериев качества полуфабрикатов из сплавов данного класса является их структура, строгая регламентация которой обеспечивает реализацию высокого комплекса механических свойств. Однако формирование требуемой конечной структуры для конкретных видов полуфабрикатов и изделий предопределяет свои трудности на различных этапах обработки сплавов. Во-первых, относительно низкая теплопроводность, невозможность исправления зеренной структуры только методами термической обработки, неравномерность деформации при получении полуфабрикатов делает проблематичным формирование однородной мелкозернистой структуры промежуточных деформированных заготовок при высокотемпературной обработке в Ри (а+(3)-области. Во-вторых, при холодной пластической деформации, необходимость в использовании которой возникает при правке изделий после их охлаждения от высоких температур, важно учитывать нестабильность высокотемпературного р-твердого раствора к механическому воздействию, проявляющуюся в реализации деформационно-индуцированных превращений. В-третьих, при использовании в качестве окончательной операции термической обработки готового полуфабриката двойного старения через низкотемпературную ступень, применение которого, как показывает опыт для псевдо-р-сплавов, в ряде случаев может быть достаточно эффективно, нужно принимать во внимание протекание превращений в ходе распада метастабильного р-твердого раствора с образованием низкотемпературных продуктов распада (ю, а&bdquo-) на первой ступени старения, что несомненно повлечет за собой изменение протекания процессов распада на второй ступени старения, лежащей в высокотемпературной области.

Исследование процессов структурообразования, формирования фазового состава и свойств в полуфабрикатах из данного класса сплавов на каждом из отмеченных выше этапах их термической и деформационной обработок позволит расширить области применения сплавов, разработать новые и усовершенствовать применяемые на сегодняшний день режимы термической и термомеханической обработок для реализации высокой конструкционной прочности, что является актуальной задачей материаловедения титановых сплавов.

ГЛАВА 1. СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ, ФОРМИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА И СВОЙСТВ В (а+р)-ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ ПЕРЕХОДНОГО КЛАССА ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ И.

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ (аналитический обзор).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ'.

1. Изучена: кинетика протекания процесса рекристаллизации при постдеформационных выдержках 0.32 минуты. при температурах деформации Тпп+20 °G в горячедеформированном полуфабрикате из сплава Ti-10V-2Fe-3Al в зависимости, от степени деформации сдвига и схемы деформации (параметра Надаи-Лоде):. Показаночто наиболее полно рекристаллизационные процессы реализуются в интервале значений параметра Надаи-Лоде 0,2. 1 при степенях деформации сдвига ~ 2,2, свыше: которых наблюдается явление текстурного торможения рекристаллизации.

2. Установлено, что нагрев горячекатаныхв (а+Р)-области прутковых полуфаб]рикатов из сплаваВТ22: в интервалтемператур^Тпп-30'°€.ТШ1−20,оС с выдержкой. 1 час способствует формированию мелкозернистой структуры со средним размером субзерна ~ 5. 10 мкм.

— 3. Обнаружено, чтотемпература: нагрева в Р-области в значительной степени влияет на структуру сплава. VST5553 после охлаждения. При значительном перегреве Тпп+100-. .150 °€ в сплаве резко увеличивается число вакансий, активизирующих диффузионные процессы, и становящихся причиной появленияпредвыделений, не формирующих в ОЦК-матрице собственную решетку. Присутствие предвыделенийтормозит процессы распада p-твердого раствора в низкотемпературной области, по гомогенному механизму и активизирует р—>а-превращение по гетерогенному механизму распада при непрерывномнагревесплава: Предложена ступенчатая: термическаяобработка для исключения появленияв структуре сплава. VST5553 предвыделений за счет отжига вакансий.

4. Предложена методика оценки степенидеформации в. сплавах, при осадке по зеренной структуре, выявляемой при микроструктурном анализе.

5. Определена, последовательность, протекания деформационно-индуцированных фазовых переходов: и развития:. структурных преобразований при холодной деформации осадкой метастабильного p-твердого раствора в сплавах ВТ22 и Ti-10V-2Fe-3Al. Предложена кристаллогеометрическая модель деформационно-индуцированных переходов (р —-> т —> а" - Р ~^ ос" —> а') и рассмотрены морфологические особенности формирующейсяструктуры.

6. Изучена стадийность протекания: процессов распада в закаленных и холоднодеформированных прутковых полуфабрикатах из сплавов ВТ22 и Ti-10V-2Fe-3 Al при нагреве. Установлено, что образование деформационно-индуфированных фаз (т, а", а') и увеличение наклепа при холодной деформации способствуют сдвигу температурных интервалов, связанных с процессами распада, в область низких температур примерно на 50 °C, по сравнению с закаленным состоянием.

7. Обнаружено, что в ходе низкотемпературного старения сплава Ть10У-2Ре-ЗА1 при температурах 250 °C, 300 °C независимо от температуры закалки (как из (3-, так и (а+Р)-области) происходит распад метастабильного (3-твердого раствора с образованием мелкодисперсных частиц ш-фазы при 250 °C, а при 300 °C и аи-неравновесной фазы. Наличие в структуре первичных частиц а-фазы не подавляет образование ш-фазы, но способствует выделению неравновесной ан-фазы в прилегающих областях к а-частицам.

8. Разработан режим упрочняющей термической обработки сплава ВТ22, включающий закалку на воздухе с 830 °C, и двойное старение (500 °С, 8 часов + 600 °C, 1 час), который обеспечивает получение высокопрочного состояния (ств > 1450 МПа- 5 > 8%- КОТ > 0,32 МДж/м2).